Terminale STI Électronique
Système technique : « Pousse seringue »
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Séquence n°3 : étude de FS22 « Création de signaux temporisés » Présentation de la séquence
Déroulement de la séquence : Phase 1 : recentrage fonctionnel sur FS22 « Création de signaux temporisés » Page 2 (20 min) (travail individuel)
Phase2 : TD exploitation de la documentation constructeur du monostable 4538 (40 min) (travail individuel)
Page 4
Synthèse : le monostable (20min) (travail en groupe avec le professeur)
Partie du programme traitée lors de cette séquence : (mettre les connaissances traitées lors de cette séquence) Connaissances Dénomination de la connaissance B.2.3
Production de signaux non sinusoïdaux générateurs de signaux rectangulaires : monostables
Matériel et documents disponibles : Type de matériel ou de documents Dossier technique Document papier de la séquence Document constructeur
Titre du document ou type de matériels Pousse Seringue Séquence n°3 : étude de FS22 « Création de signaux temporisés » Le monostable 4538
G BERTHOME – Lycée Mireille GRENET - COMPIEGNE
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Système technique : « Pousse seringue »
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Séquence n°3 : étude de FS22 « Création de signaux temporisés »
Phase 1 : recentrage fonctionnel sur FS22 « Création de signaux temporisés » (20 min) (travail individuel)
Compétences terminales demandées lors de cette phase : B : d’analyser l’organisation fonctionnelle d’un objet technique afin : B2 : de vérifier que toutes les grandeurs d’entrée et de sortie présentes sur le schéma fonctionnel, sont disponibles dans l’environnement de l’objet technique ; D : d’identifier à une fonction la ou les structures participant à sa réalisation. Objectifs opérationnels : être capable de repérer sur le schéma structurel de FP2 « Contrôle d’avance mécanique » la fonction FS22 « Création de signaux temporisés », être capable de définir les entrées et sorties de la fonction FS22 « Création de signaux temporisés ». TRAVAIL DEMANDÉ Question1 Rappeler le rôle de FS22 « Création de signaux temporisés ». Expliquer notamment le terme « temporisés ». Question2 Donner le nom de l’entrée de la fonction FS22 « Création de signaux temporisés ». D’après ce qui a été fait lors de la « Séquence 2 : étude de FS21 « Détection d’une dent de la crémaillère », tracer l’allure du chronogramme de l’entrée de la fonction FS22 « Création de signaux temporisés ». Noter quel est l’élément qui fait varier la période de ce signal. Question3 Donner le nom des sorties de la fonction FS22 « Création de signaux temporisés ». Question4 Encadrer sur le schéma structurel page suivante la fonction FS22 « Création de signaux temporisés »
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Séquence n°3 : étude de FS22 « Création de signaux temporisés »
Phase 1 : recentrage fonctionnel sur FS22 « Création de signaux temporisés » (20 min) (travail individuel)
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Séquence n°3 : étude de FS22 « Création de signaux temporisés »
Phase2 : TD exploitation de la documentation constructeur du monostable 4538 (40 min) (travail individuel)
Compétences terminales demandées lors de cette phase : E : Analyser l’organisation structurelle d’une fonction afin : E1- d’établir les relations entre grandeurs d’entrée et de sortie qui caractérisent cette fonction ; E2 : de justifier le dimensionnement d’un composant ; E3 : de choisir un composant ; E4- d’évaluer que la fonction requise est assurée. Objectif(s) opérationnel(s) : être capable d’exploiter la documentation constructeur du circuit intégré 4538 afin de trouver le rôle de chaque broche. Être capable d’exploiter le rôle de chaque broche afin de tracer les chronogrammes de sortie de FS22 « Création de signaux temporisés ». TRAVAIL DEMANDÉ
1 Schéma structurel de la fonction FS22 « Création de signaux temporisés »
2 Étude de la documentation constructeur du monostable 4538
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Séquence n°3 : étude de FS22 « Création de signaux temporisés »
Phase2 : TD exploitation de la documentation constructeur du monostable 4538 (40 min) (travail individuel)
Question1 Quel est le nombre de monostables compris dans le circuit intégré 4538 ? Question2 Quelles sont les significations des symboles suivants :
Question3 D’après les chronogrammes de la documentation constructeur, donner le rôle d’un monostable. Question4 Donner le numéro des broches des entrées de déclenchement du premier monostable. Question5 Quel doit être le câblage pour utiliser une entrée de déclenchement sur front montant ? Quel doit être le câblage pour utiliser une entrée de déclenchement sur front descendant ? Question6 Quel est le rôle des broches 3 et 13 du circuit intégré 4538 ? Question7 Donner le câblage du monostable (symbole utilisé norme IEC voir page 3 de la documentation constructeur) pour le mode de fonctionnement redéclenchable (avec une entrée de déclenchement sur front montant). Question8 Donner le câblage du monostable (symbole utilisé norme IEC voir page 3 de la documentation constructeur) pour le mode de fonctionnement non-redéclenchable (avec une entrée de déclenchement sur front montant). Question9 Trouver la relation liant Tw (durée de l’impulsion en sortie) à Rx et Cx. Question10 D’après la documentation constructeur, donner les plages de valeurs du condensateur externe Cx et de la résistance externe Rx pour que cette relation soit valable (dans le cas 74HC4538). Question11 En supposant que l’on connaisse les valeurs de Rx et Cx, proposer une méthode de détermination de la durée Tw à partir du graphe de la figure12 de la documentation constructeur du 4538.
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Séquence n°3 : étude de FS22 « Création de signaux temporisés »
Phase2 : TD exploitation de la documentation constructeur du monostable 4538 (40 min) (travail individuel)
3 Application dans le cadre du système technique « Pousse Seringue » 3.1 Étude du premier monostable Question12 Quel est le front actif de l’entrée de déclenchement du premier monostable ? Justifier votre réponse. Question13 Quel est le signal qui déclenche le premier monostable ? Question14 Quel est le mode de fonctionnement du monostable ? Justifier votre réponse. Question15 Déterminer la durée de l’impulsion Tw en utilisant la relation liant Tw à Rx et Cx.
3.2 Étude du second monostable Question16 Quelle est la différence par rapport au câblage du premier monostable. En déduire la différence sur son fonctionnement.
3.3 Synthèse Question17 Tracer les chronogrammes de Opto, FrontM et FrontD en reprenant les caractéristiques trouvées lors de la différence de potentiel Opto trouvée lors de la « Séquence 2 : étude de FS21 « Détection d’une dent de la crémaillère ». Justifier l’allure des chronogrammes de sortie.
3.4 Étude de la compatibilité des niveaux Question18 Rappeler la valeur des différences de potentiel correspondant au niveau logique « 0 » et du niveau logique « 1 » du signal Opto. Question19 D’après la documentation constructeur du circuit intégré 4538, valider que les niveaux de tensions fournit par la fonction FS21 « Détection d’une dent de la crémaillère » sont compatible avec ce circuit intégré.
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Philips Semiconductors
Product specification
Dual retriggerable precision monostable multivibrator
74HC/HCT4538
trigger/retrigger input (nA1) , an overriding active LOW direct reset input (nRD), an output (nQ) and its complement (nQ), and two pins (nCTC and nRCTC) for connecting the external timing components Ct and Rt. Typical pulse width variation over temperature range is ± 0.2%.
FEATURES • Separate reset inputs • Triggering from leading or trailing edge • Output capability: standard • ICC category: MSI
The “4538” may be triggered by either the positive or the negative edges of the input pulse. The duration and accuracy of the output pulse are determined by the external timing components Ct and Rt. The output pulse width (T) is equal to 0.7 × Rt × Ct. The linear design techniques guarantee precise control of the output pulse width.
• Power-on reset on-chip GENERAL DESCRIPTION The 74HC/HCT4538 are high-speed Si-gate CMOS devices and are pin compatible with “4538” of the “4000B” series. They are specified in compliance with JEDEC standard no. 7A.
A LOW level at nRD terminates the output pulse immediately.
The 74HC/HCT4538 are dual retriggerable-resettable monostable multivibrators. Each multivibrator has an active LOW trigger/retrigger input (nA0), an active HIGH
Schmitt-trigger action in the trigger inputs makes the circuit highly tolerant to slower rise and fall times.
QUICK REFERENCE DATA GND = 0 V; Tamb = 25 °C; tr = tf = 6 ns TYPICAL SYMBOL
PARAMETER
CONDITIONS
UNIT HC
CL = 15 pF; VCC = 5 V
HCT
tPHL/ tPLH
propagation delay nA0, nA1 to nQ, nQ
27
30
ns
CI
input capacitance
3.5
3.5
pF
CPD
power dissipation capacitance per multivibrator notes 1 and 2
136
138
pF
Notes 1. CPD is used to determine the dynamic power dissipation (PD in µW): PD = CPD × VCC2 × fi + ∑ (CL × VCC2 × fo) + + 0.48 × CEXT × VCC2 × fo + D × 0.8 × VCC where: fi = input frequency in MHz fo = output frequency in MHz ∑ (CL × VCC2 × fo) = sum of outputs CL = output load capacitance in pF VCC = supply voltage in V D = duty factor in % CEXT = timing capacitance in pF 2. For HC the condition is VI = GND to VCC For HCT the condition is VI = GND to VCC − 1.5 V ORDERING INFORMATION See “74HC/HCT/HCU/HCMOS Logic Package Information”.
September 1993
2
Philips Semiconductors
Product specification
Dual retriggerable precision monostable multivibrator
74HC/HCT4538
PIN DESCRIPTION PIN NO.
SYMBOL
NAME AND FUNCTION
1, 15
1CTC, 2CTC
external capacitor connections
2, 14
1RCTC, 2RCTC
external resistor/capacitor connections
3, 13
1RD, 2RD
direct reset inputs (active LOW)
4, 12
1A1, 2A1
trigger inputs (LOW-to-HIGH, edge-triggered)
5, 11
1A0, 2A0
trigger inputs (HIGH-to-LOW, edge-triggered)
6, 10
1Q, 2Q
pulse outputs
7, 9
1Q, 2Q
complementary pulse outputs
8
GND
ground (0 V)
16
VCC
positive supply voltage
Fig.1 Pin configuration.
September 1993
Fig.2 Logic symbol.
3
Fig.3 IEC logic symbol.
Philips Semiconductors
Product specification
Dual retriggerable precision monostable multivibrator
74HC/HCT4538
FUNCTION TABLE INPUTS
OUTPUTS
nA0
nA1
nRD
↓
L
H
H
↑
H
X
X
L
nQ
nQ
L
H
Notes 1. H L X ↑ ↓
Fig.4 Functional diagram.
= HIGH voltage level = LOW voltage level = don’t care = LOW-to-HIGH transition = HIGH-to-LOW transition = one HIGH level output pulse = one LOW level output pulse
(1) Connect CTC (pins 1 and 15) to GND (pin 8).
Fig.5
Connection of the external timing components Rt and Ct.
(1) Positive edge triggering. (2) Positive edge retriggering (pulse lengthening). (3) (4) (5) (6)
Negative edge triggering. Reset (pulse shortening). Vref1 and Vref2 are internal reference voltages. T = 0.7 × Rt × Ct (see also Fig.5).
Fig.6 Timing diagram.
September 1993
4
Philips Semiconductors
Product specification
Dual retriggerable precision monostable multivibrator
74HC/HCT4538
Tamb (°C)
TEST CONDITIONS
74HC SYMBOL
PARAMETER
+25 min.
trt
retrigger time nA0, nA1
− − −
REXT
external timing resistor
10 2
CEXT
external timing capacitor
typ.
−40 to +85 max.
min. − − −
455+X 80+X 55+X
max.
−40 to +125 min.
UNIT V CC (V)
OTHER
max.
− − −
1000 1000 no limits
ns
2.0 4.5 6.0
kΩ
2.0 5.0
pF
5.0
Fig.8 X = CEXT / (4.5 × VCC)
NON-STANDARD DC CHARACTERISTICS FOR 74HC Voltages are referenced to GND (ground = 0 V) Tamb (°C)
TEST CONDITIONS
74HC SYMBOL
PARAMETER
+25
−40 to +85 −40 to +125
UNIT
VCC (V)
µA
6.0
VI (V)
OTHER
min. typ max. min. max. min. max. ±II
input leakage current nRCEXT
0.5
5.0
10.0
Note 1. This measurement can only be carried out after a trigger pulse is applied.
September 1993
7
2.0 VCC or GND; or note 1 GND
Philips Semiconductors
Product specification
Dual retriggerable precision monostable multivibrator
74HC/HCT4538
APPLICATION INFORMATION
(a)
(b)
Fig.9
Retriggerable monostable circuitry. (a) rising-edge triggered; (b) falling-edge triggered.
(a)
(b)
Fig.10 Non-retriggerable monostable circuitry. (a) rising-edge triggered; (b) falling-edge triggered.
September 1993
10
Philips Semiconductors
Product specification
Dual retriggerable precision monostable multivibrator
74HC/HCT4538
Power-down considerations A large capacitor (CX) may cause problems when powering-down the monostable due to the energy stored in this capacitor. When a system containing this device is powered-down or a rapid decrease of VCC to zero occurs, the monostable may sustain damage, due to the capacitor discharging through the input protection diodes. To avoid this possibility, use a damping diode (DX) preferably a germanium or Schottky type diode able to withstand large current surges and connect as shown in Fig.11. Fig.11 Power-down protection circuit.
Fig.12 Typical pulse width accuracy versus external capacitance; VCC = 4.5 V; Tamb = 25 °C.
Fig.13 Typical pulse width accuracy versus external resistance; VCC = 4.5 V; Tamb = 25 °C.
September 1993
11
Philips Semiconductors
Product specification
Dual retriggerable precision monostable multivibrator
74HC/HCT4538
Fig.14 Typical pulse width accuracy versus external capacitance; REXT = 10 kΩ; VCC = 4.5 V; Tamb = 25 °C.
Fig.15 Typical pulse width accuracy versus power supply; CEXT = 1 nF; Tamb = 25 °C.
Fig.16 Typical pulse width accuracy versus power supply; CEXT = 100 nF; Tamb = 25 °C.
September 1993
12
Philips Semiconductors
Product specification
Dual retriggerable precision monostable multivibrator
74HC/HCT4538
Fig.17 Typical pulse width accuracy versus temperature; CEXT = 1 nF; VCC = 4.5 V.
Fig.18 Typical pulse width accuracy versus temperature; CEXT = 1 µF; VCC = 4.5 V.
PACKAGE OUTLINES See “74HC/HCT/HCU/HCMOS Logic Package Outlines”.
September 1993
13
Philips Semiconductors
FAMILY SPECIFICATIONS
HCMOS family characteristics
A subset of the family, designated as XX74HCTXXXXX, with the same features and functions as the “HC-types”, will operate at standard TTL power supply voltage (5 V ± 10%) and logic input levels (0.8 to 2.0 V) for use as pin-to-pin compatible CMOS replacements to reduce power consumption without loss of speed. These types are also suitable for converted switching from TTL to CMOS.
GENERAL These family specifications cover the common electrical ratings and characteristics of the entire HCMOS 74HC/HCT/HCU family, unless otherwise specified in the individual device data sheet. INTRODUCTION The 74HC/HCT/HCU high-speed Si-gate CMOS logic family combines the low power advantages of the HE4000B family with the high speed and drive capability of the low power Schottky TTL (LSTTL).
Another subset, the XX74HCUXXXXX, consists of single-stage unbuffered CMOS compatible devices for application in RC or crystal controlled oscillators and other types of feedback circuits which operate in the linear mode.
The family will have the same pin-out as the 74 series and provide the same circuit functions.
HANDLING MOS DEVICES Inputs and outputs are protected against electrostatic effects in a wide variety of device-handling situations. However, to be totally safe, it is desirable to take handling precautions into account (see also “HANDLING PRECAUTIONS”).
In these families are included several HE4000B family circuits which do not have TTL counterparts, and some special circuits. The basic family of buffered devices, designated as XX74HCXXXXX, will operate at CMOS input logic levels for high noise immunity, negligible typical quiescent supply and input current. It is operated from a power supply of 2 to 6 V.
RECOMMENDED OPERATING CONDITIONS FOR 74HC/HCT 74HC
74HCT
SYMBOL PARAMETER
UNIT CONDITIONS min. typ.
max.
min. typ. max.
6.0
4.5
VCC
DC supply voltage
2.0
5.0
VI
DC input voltage range
0
VCC
VO
DC output voltage range
0
Tamb
operating ambient temperature range −40
Tamb
operating ambient temperature range −40
tr, tf
input rise and fall times except for Schmitt-trigger inputs
5.0
5.5
V
0
VCC
V
VCC
0
VCC
V
+85
−40
+85
°C
+125
−40
+125
°C
500
ns
1000 6.0
500 400
see DC and AC CHAR. per device VCC = 2.0 V
6.0
VCC = 4.5 V VCC = 6.0 V
Note 1. For analog switches, e.g. “4016”, “4051 series”, “4351 series”, “4066” and “4067”, the specified maximum operating supply voltage is 10 V.
March 1988
2
Philips Semiconductors
HCMOS family characteristics
FAMILY SPECIFICATIONS
DC CHARACTERISTICS FOR 74HC Voltages are referenced to GND (ground = 0 V) Tamb (°C)
TEST CONDITIONS
74HC SYMBOL PARAMETER
+25
−40 to +85
−40 to +125
min. typ. max. min. max. min. VIH
VIL
VOH
VOH
VOH
VOL
VOL
VOL
HIGH level input voltage
1.5
1.5
3.15 2.4
3.15
3.15
4.5
4.2
4.2
4.2
6.0
HIGH level output voltage all outputs HIGH level output voltage standard outputs HIGH level output voltage bus driver outputs LOW level output voltage all outputs LOW level output voltage standard outputs LOW level output voltage bus driver outputs
3.2
VI
OTHER
max.
1.5
LOW level input voltage
1.2
UNIT V CC (V) V
V
2.0
0.8
0.5
0.5
0.5
2.1
1.35
1.35
1.35
4.5
2.8
1.8
1.8
1.8
6.0 V
2.0
1.9
2.0
1.9
1.9
4.4
4.5
4.4
4.4
4.5
5.9
6.0
5.9
5.9
6.0
3.98 4.32
3.84
3.7
5.48 5.81
5.34
5.2
3.98 4.32
3.84
3.7
5.48 5.81
5.34
5.2
V
2.0
4.5 6.0
V
4.5 6.0
0
0.1
0.1
0.1
0
0.1
0.1
0.1
0
0.1
0.1
0.1
0.15 0.26
0.33
0.4
0.16 0.26
0.33
0.4
0.15 0.26
0.33
0.4
0.16 0.26
0.33
0.4
V
2.0 4.5 6.0
V
4.5 6.0
V
4.5 6.0
VIH or VIL
−IO = 20 µA −IO = 20 µA −IO = 20 µA −IO = 4.0 mA
VIH or VIL
−IO = 5.2 mA
VIH or VIL
−IO = 7.8 mA
−IO = 6.0 mA
VIH or VIL
IO = 20 µA
VIH or VIL
IO = 4.0 mA
VIH or VIL
IO = 6.0 mA
IO = 20 µA IO = 20 µA IO = 5.2 mA
IO = 7.8 mA
±II
input leakage current
0.1
1.0
1.0
µA
6.0
VCC or GND
±IOZ
3-state OFF-state current
0.5
5.0
10.0
µA
6.0
VIH or VIL
ICC
quiescent supply current SSI
2.0
20.0
40.0
µA
6.0
flip-flops
4.0
40.0
80.0
6.0
MSI
8.0
80.0
160.0
6.0
VCC IO = 0 or IO = 0 GND IO = 0
LSI
50.0
500
1000
6.0
IO = 0
March 1988
4
VO = VCC or GND
